Задача определения времени истечения тепла из ограниченного объема Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетневскце чтения

На рис. 3 изображена деформация упрощенной трехмерной модели карданного подвеса. Трехмерная модель наглядно и доступно показывает самые высоконапряженные места данного узла. Сак-технологии сокращают время проектирования проектов и их дальнейшего производства, а также улучшают контроль за качеством производимых узлов и деталей.

Рис. 3. Деформация упрощенной трехмерной модели

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что создание трехмерной модели карданного подвеса камеры двигателя является обязательным при исполь-

зовании Сак-технологий, так как трехмерные модели -это объемное представление узлов и деталей. Сак-технология улучшает понимание протекающих процессов, увеличивает качество производства, позволяет своевременно, на этапе проектирования, изменить или дополнить трехмерную модель. Но создание трехмерных моделей происходит на основе несовершенных математических моделей, что, в свою очередь, влечет невозможность учета всех факторов, действующих на модель узла или детали. Для создания более совершенных моделей необходимо создавать более совершенные математические модели расчетов и моделирования.

Библиографические ссылки

1. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник / под общ. ред. проф. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989

2. Шатров А. К., Назарова Л. П., Машуков А. В. Механические устройства космических аппаратов. Конструктивные решения и динамические характеристики : метод. указания. Красноярск, 2006.

S. S. Chernysh, A. V. Osipov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CREATING A THREE-DIMENSIONAL MODEL OF THE CAMERA GIMBAL MOTOR WITH CALS-TECHNOLOGY

Considered gimbal camera actions shown in the universal hinge support vector voltage and power are examples of the gimbal by Cals-technology in three-dimensional modeling package SolidWorks.

© Черныш С. С., Осипов А. В., 2012

УДК 532.135(06)

В. А. Шелепов, М. Г. Мелкозеров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ЗАДАЧА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ИСТЕЧЕНИЯ ТЕПЛА ИЗ ОГРАНИЧЕННОГО ОБЪЕМА

Задача определения времени истечения тепла из ограниченного объема сейчас является достаточно актуальной. Каждый раз при проектировании морозильных камер, авторефрижераторов и складов хранения замороженной продукции считаются теплопритоки, и с их помощью определяется мощность холодильной установки. Но в случае поломки или чрезвычайной ситуации нам часто нужно знать, на какое время груз останется в объеме хранения при допустимой температуре.

По первому закону термодинамики количество тепла dQ, сообщенного системе, складывается из изменения внутренней энергии dU и работы, совершенной системой dl [1]. В случае если работа не совершается, то количество теплоты равно изменению внутренней энергии:

dQ = dU. (1)

Таким образом, получаем уравнение теплового баланса. Применительно к объему ДV количество тепла равняется изменению внутренней энергии объема:

ДU = CДVДT, (2)

где С - удельная теплоемкость объема среды.

Поскольку в рассматриваемой задаче присутствует разность температур ДT между окружающей средой и внутренним объемом (температурный напор),

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

то система будет стремиться к равновесию. В этом случае через стенку контейнера будет проходить тепловой поток:

д = КГ ДТ. (3)

Поскольку тепло будет уходить (или поступать) в объем и внутренняя энергия объема будет меняться со временем, то изменение внутренней энергии за промежуток времени ёт будет равняться тепловому потоку через ограничивающую стенку. Уравнение теплового баланса приобретает вид [2]:

ёи

ё т

= д.

(4)

ёи

В уравнении (4) левая часть - может быть

ё т

представлена в виде суммы изменений внутренних энергий всех тел рассматриваемой системы (конструкция, газ внутри объема, тело, помещенное внутрь).

Далее мы будем рассматривать модель, в которой имеется изменение внутренней энергии только объема, а тепловой поток осуществляется через стенку (см. рисунок). Предварительно нужно решить задачу конвективного теплообмена, т. е. найти значения коэффициентов теплоотдачи.

Тепловой поток через стенку

Решив задачу конвективного теплообмена и зная все параметры теплового потока д, можно определить количество времени, которое необходимо для того, чтобы температура внутри контейнера стала критической. Для этого нам необходимо решить дифференциальное уравнение теплового баланса. Исходя из уравнения (4), преобразовываем выражение в следующую зависимость:

ё ДТ (т)

СУ-^ = КГ ДТ (т).

ёт

Заменив константы коэффициентами: СУ - а, КГ - Ь, учитывая, что коэффициент Ь может принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от характера теплового потока и случая расчета (для условий зимы или лета), получим:

ё ДТ (т)

ё т

= ±ЬДТ (т).

(6)

Преобразовываем и интегрируем выражение по ёт:

(7)

с ёДТ (т) (• Ь ,

С-ГГ = ±[-ё т.

-1 ДТ (т) -1 а

Получается

1П

^ДТр ДТ0 0

= ± Ь т. а

(8)

С учетом начальных условий из этого выражения следует, что время, за которое температура внутреннего объема контейнера поднимется до заданной, определяется по формуле:

СУ т =-1П

КГ

^ДТр

ЧДТ0 0

(9)

где ДТ1 - это разность температур окружающей среды и внутреннего объема; ДТ0 - разность температуры окружающей среды и критической температуры объема.

Зная все необходимые параметры, мы можем определить время за которое температуры изменится до критической.

Данную формулу можно усложнить, введя в нее дополнительные параметры, например, учесть массу конструкции, груз внутри объема. Это увеличит количество внутренней энергии системы, соответственно, увеличит время изменения температуры и будет описываться как сумма внутренних энергий. Для сложных конструкций можно разбить поверхность на типовые участки. Соответственно, тепловой поток будет описываться суммой произведений коэффициентов теплопередачи и площадей участков:

т =

£су №

1П

^ДТр V ДТо 0

(10)

Формула является универсальной для различных режимов теплообмена и направлений теплового потока. В дальнейшем задачу можно усложнить до негерметичного объема и учесть его «дыхание».

Библиографические ссылки

1. Кирилин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М. : Энергоатомиздат, 1983.

2. Мухачев Г. А., Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача. М. : Высш. шк., 1991.

Решетневские чтения

V. A. Shelepos, M. G. Melkozerov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PROBLEMS OF DETERMINING THE TIME OF THE HEAT EFFUSION OF THE LIMITED AMOUNT

Problem of determining the time of the limited amount of heat leakage is now quite relevant. Each time to design freezers and refrigerated warehouses to store frozen production the heat leakage is taken into consideration, the refrigeration unit power is determined with the help of this parameter. But in case of breakdown or emergency, the designers need to know how long the frozen production remains under the permissible storage temperature within the refrigerator.

© Шелепов В. А., Мелкозеров М. Г., 2012

УДК 629.78.001.5

И. Я. Шестаков, А. А. Фадеев, Ю. Д. Антонов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

Ц. Г. Надараиа ООО «КВОНТ», Россия, Красноярск

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ВРАЩАЮЩИМИСЯ АККУМУЛЯТОРНЫМИ БАТАРЕЯМИ

Рассмотрена схема и возможности перспективной энергетической установки бортовых систем космического аппарата на основе маховичного накопителя.

Энергетическая установка является одной из важнейших бортовых систем космического аппарата (КА), от которой во многом зависит конструкционное исполнение аппарата, габаритные размеры, масса и срок активного существования. Выход из строя энергоустановки влечет за собой выход из строя всего аппарата.

Масса бортовой энергетической установки отечественных КА находится в пределах 8-25 % от массы объекта, а для американских космических аппаратов эта величина колеблется от 9 до 44 % и составляет в среднем около 25 % [1]. Поэтому снижение массы энергоустановки является актуальной проблемой.

Предлагается в энергетической установке (см. рисунок) аккумуляторные батареи (АБ) 1 устанавливать в сектора 2 на вращающемся корпусе 3. Корпус имеет форму диска и вращается относительно оси 4, на которой закреплены постоянные магниты 5. Коаксиаль-но оси на корпусе расположены статорные обмотки 6, в которых наводится ЭДС, необходимая для подзарядки АБ. По периферии корпуса установлены кольца 7 из магнитных материалов (викалой, альнико и др.). Ось устройства находится в центре дискообразного основания 8, на боковой периферийной стенке 9 которого смонтированы статорные обмотки 10, на которые подается напряжение для раскрутки аккумуляторных батарей перед стартом КА. Вращающиеся части энергетической установки играют роль махо-вичного накопителя. По мере расходования кинетиче-

ской энергии накопителя число оборотов вращающейся массы снижается.

Схема энергетической установки

Для восстановления кинетической энергии предполагается использовать кинетическую энергию вы-